Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Միլիմետրային տիրույթի էլեկտրամագնիսական ալիքների ազդեցությունը ցորենի ծլող սերմերի վրա

Մուխաելյան, Ժաննա Հայկազի (2019) Միլիմետրային տիրույթի էլեկտրամագնիսական ալիքների ազդեցությունը ցորենի ծլող սերմերի վրա. PhD thesis, ԵՊՀ.

[img]
Preview
PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (2299Kb) | Preview
    [img]
    Preview
    PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (596Kb) | Preview

      Abstract

      Электромагнитные волны, являясь физическими факторами биосферы, в значительной мере влияют на развитие и жизнедеятельность живых организмов. Несмотря на то, что доля электромагнитных волн миллиметрового диапазона (ММ ЭМВ) (1-10 мм) или крайне высоких частот (КВЧ) (30-300 ГГц) в электромагнитном излучении (ЭМИ) Вселенной, которое доходит до Земли, мала, они оказывают выраженное влияние на живые организмы, имеющие разный уровень организации эволюционного развития (Foster, 2000). Поэтому данный интервал в спектре электромагнитного излучения нашел свое широкое применение в современной клинической медицине, промышленности и сельском хозяйстве (Adair, 2002; Sheppard et al., 2008). В природе рост растений происходит в условиях присутствия многочисленных стресс-факторов – температура, влажность, сильное электромагнитное излучение, совместное влияние токсических веществ и тяжелых металлов. Однако, в литературе малочисленны работы по совместному влиянию двух и более стрессорных факторов на рост и развитие высших растений, хотя они и могут расширить представления о механизмах защитно-адаптационных реакций, обеспечивающих устойчивость растений к действию абиотических факторов среды (Lin, 2007). Теория стрессорного воздействия ЭМИ тесно связана с процессами окисления свободных радикалов, которые играют важную роль в пластических перестройках мембран клетки в течение адаптации к изменяющимися условиям окружающей среды. В настоящее время механизмы взаимодействия ММ ЭМВ с биологическими системами не полностью выяснены. Полагается, что первичной мишенью воздействия ЭМИ является содержащаяся в них вода или биологические мембраны, в которых образование белковых “субструктур” позволяет восстановить нарушенную деятельность организма (Wainwright, 2000). По этой причине особый интерес вызывают исследования по воздействию физических и химических факторов на свободно-радикальные процессы, протекающие в биологических системах. Целью диссертационной работы было исследование влияния ЭМИ КВЧ на рост проростков пшеницы, а также на свободно-радикальные процессы в клетках и активность антиоксидантной ферментной системы в отсутствие и присутствии ионов кадмия. Для осуществления поставленной цели нами были приняты к решению следующие задачи: Изучение влияния ЭМИ КВЧ на рост, развитие и морфометрические показатели проростков пшеницы; Изучение влияния ЭМИ КВЧ на интенсивность перекисного окисления липидов и активность антиоксидантных ферментов в клетках проростков пшеницы на примере каталазы; Исследование влияния тяжелого металла кадмия на рост проростков, интенсивность перекисного окисления липидов и активность антиоксидантных ферментов каталазы и гваякол пероксидазы в клетках проростков пшеницы; Изучение характера воздействия ЭМИ КВЧ на рост, интенсивность перекисного окисления липидов и активность каталазы в клетках проростков пшеницы, прораставших в условиях присутствия ионов кадмия. Научная новизна: Впервые в работе проводилось комплексное исследование процесса прорастания семян пшеницы в условиях воздействия ЭМИ КВЧ с различной продолжительностью. На основании полученных данных показано, что: Под влиянием ЭМИ КВЧ происходит стимулирование роста проростков пшеницы по изменению значений морфометрических показателей. Воздействие ЭМИ КВЧ приводит к изменению интенсивности хемилюминесценции и содержания малонового диальдегида в гомогенате проростков пшеницы, в зависимости от частоты ЭМИ и продолжительности облучения. Под воздействием ЭМИ КВЧ происходит изменение активности антиоксидантного фермента каталазы, способствующее уменьшению влияния внешнего физического фактора.Присутствие тяжелого металла кадмия в растительной среде приводит к торможению роста и развития проростков пшеницы, увеличению интенсивности свободно-радикальных процессов и подавлению активности антиоксидантных ферментов. Степень торможения роста и развития зависит от концентрации металла. В условиях совместного влияния ЭМИ КВЧ и кадмия наблюдается улучшение исследуемых показателей, т.е. ЭМИ КВЧ оказывает защитное влияние, компенсирует воздействие кадмия. Влияние ЭМИ КВЧ на интенсивность показателей роста проростков пшеницы. Изменение интенсивности перекисного окисления липидов в клетках проростков пшеницы в условиях воздействия ЭМИ КВЧ. Изменение активности каталазы в клетках проростков пшеницы в результате влияния ЭМИ КВЧ. Влияние ионов кадмия на рост проростков пшеницы, интенсивность свободно-радикальных процессов и активность антиоксидантных ферментов в клетках проростков в присуствии и отсутствие воздействия ЭМИ КВЧ. Практическая ценность работы: Результаты, полученные в работе, позволяют оценить влияние исследуемого физического фактора на рост и развитие растительного организма, свободно-радикальные процессы, протекающие в мембранных структурах, а также анализировать механизм их воздействия. Полученные результаты позволяют также составить представление об активации защитных механизмов в растительном организме и о формировании ответной реакции на внешний фактор. Полученные в работе данные могут стать основой для дальнейших исследований в данной области. Они также могут быть использованы в специальных лекционных курсах для студентов соответствующих кафедр ЕГУ, а также в научных лабораториях, занимающихся исследованиями воздействия ЭМИ КВЧ на свободно-радикальные процессы и антиоксидантную систему в биологических системах, в частности, в растениях и других живых организмах. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на семинарах кафедры биофизики ЕГУ и научных конференциях: Молекулярные, мембранные и клеточные основы функционирования биосистем, Международная научная конференция, 12-ый съезд Белорусского общественного объединения фотобиологов и биофизиков, Минск, Белорусь, 28-30 июня, 2016, 2018; Межд. Конф. “Биология- наука XXl века”, Пущино, Россия, 18-22 апреля, 2016; 2nd International Conference “Smart Bio”, Kaunas, Lithuania, 03-05 May, 2018; VIII Международный конгресс “Слабые и сверхслабые поля и излучения в биологии и медицине”, Санкт-Петербург, Россия, 10-14 сентября, 2018. По теме диссертации опубликовано 15 научных работ. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, выводов и списка литературы, насчитывающего 150 наименований. Диссертация изложена на 123 страницах, включает 26 рисунков и 11 таблицы. Во Введении кратко описывается структура диссертационной работы, обсуждаются ее цель, актуальность и научное значение. Первая глава посвящена обсуждению имеющиеся в научной литературе данных о влиянии радиочастотных электромагнитных волн на биологические системы, принятых в настоящее время теорий относительно механизмов воздействия ЭМИ миллиметрового диапазона. Приводятся общие сведения о росте и развитии растительных организмов, а также об особенностях свободно-радикальных процессов и активации антиоксидантной системы в клетках проростков пшеницы. Обсуждаются также известные в литерауре данные об изменениях, индуцированных в проростках влиянием кадмия. Вторая глава посвящена материалам и методам исследования. В работе использованы семена и проростки пшеницы Triticum aestivum L. сорта Безостая При приготовлении гомогенатов использовали растворы Трис-HCl (pH=7.4, содержит 0.175 М KCl, 1 мМ этилендиамин тетраацетат (ЭДТА), 0.5% тритон X-100) с 25 и 50 мМ концентрациями как буфер. Для стерилизации проростков пшеницы использовали 0.03% раствор перманганата калия (KMnO4). Перекисное окисление липидов оценивали по количеству малонового диальдегида (МДА) и использовали 0.8% раствор 2-тиобарбитурата и 0.6 N раствор HCl. При определении активности фермента каталазы использовали 0.03% раствор перекиси водорода и 4% раствор молибдата аммония. Часть исследуемых образцов обрабатывали растворами CdCl2 со следующими концентрациями: 25, 50 и 100 мкМ. Оптическую плотность образцов измеряли спектрофотометрически. В качестве источника облучения ЭМИ КВЧ применялся генератор Г4-141 (СССР), с рабочим диапазоном частот 37.50-53.57 ГГц и плотностью потока мощности 0.6 мВт/см2. Стабильность частоты сигнала составляла 0.05, и отклонение частоты выходного сигнала в непрерывном режиме генерации не превышало 6МГц. Семена и проростки пшеницы, прораставшие в чашках Петри облучались частотами 41.8, 42.2, 50.3 и 51.8 ГГц. Облучение проводилось как однократно (продолжительностями от 15 мин до 80 мин), так и многократно, начиная с определенного момента прорастания и каждый день по 20 мин. Для исследования влияния кадмия на прорастающие семена пшеницы в чашках Петри однократно добавляли раствор CdCl2 с концентрациями 25, 50 и 100 мкМ. Концентрация малонового диальдегида и активность ферментов каталазы и пероксидазы определяются в корнях и проростках растений контрольных и облученных образцов. Количество белка в исследуемом образце определяли по методу Лоури, когда стандартом служил бычий сывороточный альбумин. Количество белка рассчитывали по графику, отражающему зависимость оптической плотности стандартных растворов от концентрации белка в них. Количество белка отражено в мг/г в ткани. Интенсивность перекисного окисления липидов (ПОЛ) определяли по изменению количества одного из вторичных продуктов ПОЛ – малонового диальдегида (МДА) (Costa et al., 2002). Концентрацию МДА рассчитывали по формуле C=D/l, где D оптическая плотность исследуемого образца,  – коэффициент экстинкции (равен 1.56105 М-1см-1 при длине волны 532 нм), l – оптический путь светового луча, С – концентрация МДА, М. Активность каталазы в проростках пшеницы определяли по методу Королюка. Рассчитывая по формуле: A=DK/tc, где A активность каталазы, мкМ, D изменение оптической плотности, K – коэффициент разбавления,  – коэффициент экстинкции перекиси водорода, который при 410 нм равен 22.2103 мкМ-1см-1, t – продолжительность инкубации, мин, c – количество белка в образце, мг/мл, активность фермента выражается в единицах, по концентрации (мМ) субстрата, расщепленного в течение 1 мин инкубации к 1 мг белка образца. Анализ хемилюминесценции основан на регистрации сверхслабого светоиспускания, которое образуется в процессе реакций, протекающих свободно-радикальным механизмом. Регистрация спонтанной хемилюминесценции образца проводится посредством высоко- чувствительного квантометрического устройства, которое работает на основе фотоумножителя ФЭУ-140 (спектральный интервал чувствительности составляет 300-700 нм). Надежный анализ хемилюминесценции осуществляется посредством компьютерной системы автоматической регистрации и математической обработки полученных данных, что реализуется мультифункциональным блоком USB 6008 и в программной среде LabVIEW. Измерение квантометрического устройства осуществляется по эталонному источнику с известной интенсивностью света СФХМ-1 N46 и световым потоком 8.43105 квант/сек4. В кювету добавляется 3 мл образца (370С). Регистрация излучения реализуется после 1-2 сек. Фон шума устройства определяется непосредственно до и после каждого измерения. Хемилюминесценцию образцов определяли в течение 120 сек. Интенсивность хемилюминесценции измеряется по условным единицам. Ներկայացված ատենախոսական աշխատանքում ուսումնասիրվել է միլիմետրային տիրույթի էլեկտրամագնիսական ալիքների (ՄՄ ԷՄԱ) ազդեցությունը ցորենի ծլող սերմերի աճի ու զարգացման, ինչպես նաև ծիլերի բջիջներում տեղի ունեցող ազատ ռադիկալային պրոցեսների ինտենսիվության և հակաօքսիդանտային համակարգի ակտիվության փոփոխությունների վրա: Ուսումնասիրվել է նաև ծանր մետաղ կադմիումի, ինչպես նաև ՄՄ ԷՄԱ և կադմիումի համատեղ ազդեցությունը նշված ցուցանիշների փոփոխության վրա: Ուսումնասիրվել է ՄՄ ԷՄԱ ազդեցությունը ցորենի ծլող սերմերի ծլունակության, ծիլերի զանգվածի և երկարության աճի վրա: Պարզվել է, որ 51.8 ԳՀց հաճախությամբ ՄՄ ԷՄԱ ազդեցության ներքո ցորենի ծլող սերմերի ծլունակությունը խթանվում է: Ցույց է տրվել նաև, որ ՄՄ ԷՄԱ ազդեցության ներքո տեղի է ունենում ծիլերի զանգվածի ու երկարության աճի խթանում չճառագայթահարված ծիլերի համեմատ: 50.3 և 51.8 ԳՀց հաճախություններով ԷՄԱ ճառագայթահարման դեպքում ցորենի ծիլերի զանգվածի ու երկարության ավելի մեծ աճ է գրանցվում, քան 41.8 և 42.2 ԳՀց հաճախություններով ԷՄԱ ճառագայթահարելու դեպքում: Ատենախոսական աշխատանքում ստացված տվյալներից երևում է, որ ՄՄ ԷՄԱ ազդեցությամբ ցորենի ծիլերի բջիջներում աճում է ազատ ռադիկալային պրոցեսների ինտենսիվությունը, ինչի մասին վկայում է առաջին հերթին սպոնտան քեմիլյումինեսցենտման էական ավելացումը, ընդ որում, արմատներում և ընձյուղներում քեմիլյումինեսցենտման լուսագումարի արժեքները իրարից էականորեն չեն տարբերվում: Ազատ ռադիկալային պրոցեսների ինտենսիվության մեծացման մասին կարելի է դատել նաև ըստ լիպիդների պերօքսիդային օքսիդացման (ԼՊՕ) վերջնանյութ հանդիսացող մալոնային երկալդեհիդի (ՄԵԱ) քանակության փոփոխության: Ցույց է տրվել, որ ճառագայթահարված բույսի բջիջներում դիտվում է ՄԵԱ-ի քանակության էական աճ, որն ավելի արտահայտված է 50.3 ԳՀց և 51.8 ԳՀց հաճախություններով ԷՄԱ ճառագայթահարելիս: Այս հանգամանքը բացատրվում է նրանով, որ նշված հաճախություններով ԷՄԱ ճառագայթահարման դեպքում բջիջներում տեղի է ունենում ազատ ռադիկալների կուտակում, ինչն էլ հանգեցնում է ՄԵԱ-ի քանակության աճին: Ի պատասխան այս վիճակին, բջիջներում փոխվում է հակաօքսիդանտային ֆերմենտների ակտիվությունը: Աշխատանքում ստացված արդյունքները վկայում են այն մասին, որ ճառագայթահարված ծիլերի բջիջներում աճում է կատալազի ակտիվությունը: Այդ աճը հատկապես կտրուկ է դիտվում 80ր գումարային տևողությամբ ճառագայթահարման դեպքում, որը համընկնում է ՄԵԱ-ի քանակության անկման հետ: Այս փաստը վկայում է այն մասին, որ ՄՄ ԷՄԱ ազդեցությանը ենթարկված բույսերում կատալազը գործում է որպես պաշտպանական մեխանիզմի տարր, որն ակտիվանում է ազատ ռադիկալային պրոցեսների ինտենսիվությունը ճնշելու համար: Ատենախոսական աշխատանքում ստացված տվյալներից հետևում է նաև, որ ծանր մետաղ կադմիումի ազդեցությամբ ցորենի ծիլերի աճի և զարգացման ընթացքում կենսազանգվածի աճը ճնշվում է՝ դիտվում է զանգվածի ու երկարության աճի ինտենսիվության նվազում ստուգիչի համեմատ: Ընդ որում որքան մեծ է կադմիումի կոնցենտրացիան, այնքան նվազումն ավելի արտահայտված է: Կադմիումով հարուցված սթրեսի դեպքում փոխվում է նաև ծիլերի բջիջներում ՄԵԱ-ի քանակությունը, ընդ որում, փոփոխման ուղղվածությունն ու աստիճանը կախված են աճման միջավայրում կադմիումի իոնների կոնցենտրացիայից: Նվազում է նաև կատալազի ակտիվությունը, սակայն գվայակոլպերօքսիդազի ակտիվությունն աճում է: Կադմիումի քլորիդի լուծույթով մշակման դեպքում ցորենի ծիլերի աճի դանդաղումը, ՄԵԱ-ի քանակության, կատալազի և գվայակոլպերօքսիդազի ակտիվությունների փոփոխությունները վկայում են աճող օրգանիզմի վրա այս ծանր մետաղի տոքսիկ ազդեցության մասին: Աշխատանքում ստացված տվյալները նաև վկայում են այն մասին, որ ցորենի ծիլերի վրա ՄՄ ԷՄԱ և կադմիումի համատեղ ազդեցազդեցության դեպքում տեղի է ունենում ծիլերի վերը նշված ցուցանիշների բարելավում՝ առանձին-առանձին կադմիումի և ՄՄ ԷՄԱ ազդեցությունների համեմատ, դրանց մոտեցում ստուգիչ արժեքներին: Ցույց է տրվել, որ ՄՄ ԷՄ ալիքները էականորեն թուլացնում են կադմիումական սթրեսով հարուցված ցուցանիշների փոփոխությունները: Keywords: Wheat seedlings, seedling morphometric criteria, free radical processes, chemiluminescence light-sum, malonic dialdehyde amount, catalase activity, irradiation, cadmium stress In the presented dissertation work the influence of millimeter range electromagnetic waves (MM EMW) on the growth and development of wheat germinating seeds as well as on the changes both of intensity of the free radical processes and of the antoixidant system activity in cells of the seedlings has been studied. The effect of heavy metal cadmium on the mentioned criteria as well as the joint impact of MM EMW and cadmium on their change were investigated. MM EMW effect on the wheat seed germinating ability, mass and length of the seedlings was studied. It was shown that under the effect of MM EMW with 51.8 GHz frequency the germinating ability of wheat seeds is stimulated. It was also shown that under the effect of MM EMW the stimulation of mass and length growth of the seedlings takes place as compared to sham-irradiated seedlings. In the case of irradiation with 50.3 and 51.8 GHz frequencies higher increase of the mass and length of the wheat seedlings was registered as compared to irradiation with 41.8 and 42.2 GHz frequencies. It was also obvious from the data obtained in this dissertation work that due to MM EMW effect, the intensity of free radical processes in wheat seedling cells is stimulated, which is indicated first of all by the significant increase of spontaneous chemiluminescence, meanwhile, in the roots and sprouts the values of the chemiluminescence light-sum do not significantly differ from each other. The intens

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Influence of millimeter range electromagnetic waves on wheat germinating seeds. Влияние электромагнитных волн миллиметрового диапазона на прорастающие семена пшеницы.
      Uncontrolled Keywords: Mukhaelyan Zhanna H., Мухаелян Жанна Айказовна
      Subjects: Biology
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 09 Oct 2019 14:40
      Last Modified: 31 Jan 2020 16:34
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/10705

      Actions (login required)

      View Item